武曄++萬永革++石硯斌

摘要：針對“數(shù)字信號處理”課理論性強、內(nèi)容抽象、難度大、不易理解和掌握的特點，基于“以學(xué)生為中心”的基本教學(xué)思想，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進行了系列改革，特別是對“同質(zhì)組”與“異質(zhì)組”相結(jié)合的分組教學(xué)組織形式開展了較為系統(tǒng)的探索與應(yīng)用。經(jīng)過近幾年的教學(xué)改革實踐表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有了較大提高，學(xué)生的創(chuàng)新能力有了較大改善，課堂教學(xué)效率得到了有效提高，教師的教學(xué)能力和教學(xué)研究方面有了較大提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理；教學(xué)組織形式；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）37-0116-03

一、引言

目前，我國高等教育中已出現(xiàn)畢業(yè)生一次就業(yè)率下降、職業(yè)素養(yǎng)下降等突出問題。如何提高應(yīng)用型本科院校的教育質(zhì)量，已成為高校教學(xué)改革面臨的主要問題。在這種形勢下，防災(zāi)科技學(xué)院對課程進行了相應(yīng)的改革，主要是對數(shù)字信號處理課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織形式進行改革并付諸實踐，旨在探索更符合專業(yè)人才培養(yǎng)目標的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)組織形式，使所有學(xué)生能夠得到最大程度的發(fā)展，達到以專業(yè)培養(yǎng)為總目標的課程教學(xué)目標。

二、“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)中存在的問題

“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)中公式推導(dǎo)繁雜，內(nèi)容抽象，難度較大。因此，在教學(xué)過程中會遇到以下問題：

1.教學(xué)內(nèi)容陳舊，理論與實踐結(jié)合度較低。教材往往使用研究性大學(xué)的教材，繁重的公式推導(dǎo)，使學(xué)生害怕學(xué)習(xí)；教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)應(yīng)用脫節(jié)，“致使很多學(xué)生因在課堂上無法解決學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)動機而轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課程之外的大學(xué)生課外活動之中，以獲得大學(xué)生活的意義”[1]。

2.大班授課方式，很難滿足學(xué)生個體發(fā)展的需要。傳統(tǒng)的授課方法，主要是大班或教室授課，學(xué)生人數(shù)多，且來自五湖四海，由于學(xué)生的學(xué)力、上大學(xué)動機、家庭背景、生活意識和價值觀不同，所擁有的經(jīng)驗和智力發(fā)展水平也不同，因此，一個教室內(nèi)的學(xué)生表現(xiàn)出明顯的智力和非智力的差異性。然而，在傳統(tǒng)的“齊步走”教學(xué)方式下，只能滿足中間學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，而對于學(xué)習(xí)速度較快和較慢的學(xué)生來說，不是出現(xiàn)“吃不飽”，就是出現(xiàn)“消化不良”狀態(tài)；“學(xué)院式”的教學(xué)，也很難把學(xué)生吸引到專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中來。

三、“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)改革實踐

1.喚醒大學(xué)生的學(xué)習(xí)動機[2]。盡管學(xué)生在剛踏入大學(xué)門檻時，就接受了入學(xué)教育，但是大部分學(xué)生在課堂上仍然表現(xiàn)出來的是“被動學(xué)習(xí)”，因此作為專業(yè)基礎(chǔ)課程教師首先要開展關(guān)于行業(yè)對人才的要求、大學(xué)期間掌握專業(yè)知識技能之重要性的教育工作，為后面的教學(xué)工作順利開展打下主動學(xué)習(xí)、渴望學(xué)習(xí)新知識新技能、勇于探索的學(xué)習(xí)態(tài)度基礎(chǔ)。

2.教學(xué)內(nèi)容多樣化組織形式。教學(xué)內(nèi)容分成三大知識模塊，分別為：（1）理論內(nèi)容模塊，通過教師提供學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。而課堂成為學(xué)生展示、師生互動、生生互動的舞臺。為了讓理論專題內(nèi)容變得不再枯燥，教師需要精心設(shè)計課前預(yù)習(xí)資料，在“數(shù)字信號處理”課程的教學(xué)實踐中，特意增加了應(yīng)用情景內(nèi)容，并且這部分內(nèi)容擔當了本專題教學(xué)內(nèi)容的導(dǎo)入角色。（2）實驗內(nèi)容模塊，通過課內(nèi)實驗和課外實驗環(huán)節(jié)，學(xué)生編寫程序計算得到結(jié)果或通過實驗得到數(shù)據(jù)，然后進行驗證和比較，從實踐中總結(jié)經(jīng)驗，獲取經(jīng)驗性知識。為了加強理論方法在學(xué)科領(lǐng)域的實際應(yīng)用，在“數(shù)字信號處理”課程教學(xué)實踐中，教師針對大部分教學(xué)專題內(nèi)容，設(shè)計了相對應(yīng)的課外應(yīng)用實驗。（3）科學(xué)研究模塊，通過同一學(xué)期選修開放實驗課程，學(xué)生可了解到課程中學(xué)到的知識方法在行業(yè)中的應(yīng)用，并參與教師科研工作，從而拓展了學(xué)生的行業(yè)背景應(yīng)用知識面，通過撰寫科研報告，使學(xué)生的科研素養(yǎng)得到訓(xùn)練。

3.探索“同質(zhì)組”與“異質(zhì)組”相結(jié)合的分組教學(xué)組織形式。我們將異質(zhì)組的分組教學(xué)組織形式引入到課堂教學(xué)中，有效提高大部分學(xué)生的主動學(xué)習(xí)積極性；將同質(zhì)組的分組教學(xué)組織形式引入到開放實驗教學(xué)中，加強了理論與實際的結(jié)合度，提升了課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，為培養(yǎng)創(chuàng)新性人才起到了促進作用。

四、“同質(zhì)”與“異質(zhì)”相結(jié)合的班內(nèi)分組教學(xué)組織形式的具體實施策略

教學(xué)組織形式是教學(xué)目標得以實現(xiàn)的根本與關(guān)鍵。從古至今，歷來是中外教育家研究的熱點問題[3-8]。17世紀捷克教育家夸美紐斯奠定了班級授課制的理論基礎(chǔ)，班級授課制于19世紀下半葉在歐美各國得到普遍推行，20世紀初我國開始推行班級授課制[3-4]。自1999年以來，我國實行高校擴招策略，高校的師生比例下降，大班授課成為基本的教學(xué)組織形式。無疑這是一種教育效率高且適合大批培養(yǎng)社會所需人才的教學(xué)組織形式。然而，隨著社會生產(chǎn)的進一步發(fā)展，以R.M.托馬斯為代表的個體認識論在教育領(lǐng)域中興起[9]，“最好的教育是使學(xué)生得到最大發(fā)展的教育”，“讓每一個學(xué)生獲得最大發(fā)展，幾乎成為每一個20世紀的教育理論家和實踐家所設(shè)定和力圖追求的目標[10]”，“21世紀將是一個充分尊重和發(fā)揮人的個性時代，加強大學(xué)生的個性培養(yǎng)是現(xiàn)代高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的一個重要內(nèi)容[4]”。在差異認識論的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外中小學(xué)中先后出現(xiàn)校際分班制、校內(nèi)分班制、教室內(nèi)分組教學(xué)[11-13]，而黃雪錦等認為“分組教學(xué)在高校課堂上更加切實可行”[14]。

為了落實教育部“關(guān)于進一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)的若干意見”[教高（2005）1號]，“要積極推動研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”，我們在參考借鑒班內(nèi)分組不同教學(xué)組織形式各自優(yōu)點的基礎(chǔ)上，認為應(yīng)用型本科院校專業(yè)基礎(chǔ)課程適宜采用同質(zhì)組與異質(zhì)組相結(jié)合的班內(nèi)分組研究性教學(xué)組織形式。

這種教學(xué)組織形式的具體實施流程為：

1.進行學(xué)前基礎(chǔ)課測驗，依據(jù)不同的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，將學(xué)生劃分成幾個異質(zhì)小組。

2.教師布置與統(tǒng)一教學(xué)目標相匹配的具有多層次特點的問題及任務(wù)，由各異質(zhì)小組提前預(yù)習(xí)解答，并把不明白的問題或不能實現(xiàn)的問題進行重點標注。endprint

3.課上第一環(huán)節(jié)，由教師提問課前布置的各個難度層次的問題及任務(wù)，指定各異質(zhì)組中某一類的同學(xué)進行搶答，如果答不出來，所有同學(xué)進行搶答，如果沒有正確解答，教師進行啟發(fā)式和探究式討論講解。

4.課上第二環(huán)節(jié)，教師用事先準備好的試題，對所有學(xué)生進行達標測試。對測試合格的學(xué)生，考慮學(xué)生的共同興趣，自由組合為同質(zhì)組，每組選擇開放實驗課程設(shè)置的帶有專業(yè)色彩的問題，自學(xué)輔導(dǎo)材料，課程結(jié)束前提交科研報告；對不合格的學(xué)生，依據(jù)存在問題的共性，分成幾個同質(zhì)組，教師依托開放實驗平臺指定基礎(chǔ)實驗并通過引導(dǎo)和輔導(dǎo)來完成。

5.課上最后環(huán)節(jié)，由教師布置與統(tǒng)一教學(xué)目標相匹配的下次理論或?qū)嶒炚n的多層次問題及任務(wù)，各異質(zhì)組提前預(yù)習(xí)解答，并發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。

這種教學(xué)組織形式具有兩個明顯特征：

1.通過異質(zhì)分組，建立學(xué)生的團隊學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)意識。異質(zhì)分組方法，是教師在考慮各種因素的前提下，比如數(shù)學(xué)類課程的成績、性格特征、思維能力等，將學(xué)生劃分成幾個層次，每個層次內(nèi)的學(xué)生分布在各個小組，構(gòu)成組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)的特點，使得各個小組的綜合能力大體一致。

異質(zhì)分組為顯式分組，依據(jù)班級人數(shù)，分為5—6個學(xué)習(xí)合作小組。建立組內(nèi)合作、組間競爭的學(xué)習(xí)氛圍。

小組合作學(xué)習(xí)，首先體現(xiàn)在課前學(xué)習(xí)活動中，小組針對教師事先布置的學(xué)習(xí)材料，集體討論、尋求答案、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。其次，小組合作學(xué)習(xí)讓課堂真正成為提供團隊集體學(xué)習(xí)成果展示的舞臺，為了自己所屬團隊勝出，需要每個組員充分發(fā)揮個體的主動性、積極性并為之努力拼搏。

異質(zhì)分組可以讓每一個學(xué)生正確客觀地認識和評價他人，正確客觀地認識和評價自我，可以有效避免驕傲心理和自卑心理的出現(xiàn)。在集體合作學(xué)習(xí)過程中，每一個學(xué)生可以進一步明確自己的長處，為今后開創(chuàng)自己的職業(yè)道路打下基礎(chǔ)。

2.通過同質(zhì)分組，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛力。對于課上達標測試合格的學(xué)生，教師通過創(chuàng)設(shè)帶有一定專業(yè)色彩的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并依據(jù)共同的興趣問題組成同質(zhì)3人研究小組，依托教務(wù)實踐平臺的開放課程，在開放實驗室由教師彈性指導(dǎo)完成分析問題、探索問題、解決問題的研究性學(xué)習(xí)過程并撰寫科研報告。

對于課上測試不合格的學(xué)生，依據(jù)其存在的共性問題，由教師將其分成同質(zhì)組，并為各組指定基礎(chǔ)性的實驗任務(wù)，通過選修開放實驗課程，由教師在開放實驗室指導(dǎo)并完成。通過教師一段時間的輔導(dǎo)，余下部分學(xué)生進步明顯，并在課上達標測試合格，可以組成小組選做帶有專業(yè)色彩的問題。對于課程結(jié)束還沒有開展這方面研究性學(xué)習(xí)的學(xué)生，可以在下一學(xué)期的開放實驗平臺課中自愿選修帶有專業(yè)色彩的問題。

同質(zhì)分組學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生在大三期間接觸到科學(xué)研究方法，在時間上比傳統(tǒng)計劃開設(shè)的大四下學(xué)期畢業(yè)論文要提前，部分學(xué)生可以選擇畢業(yè)論文的研究內(nèi)容為延續(xù)開放實驗的研究內(nèi)容，由于時間充分，使得畢業(yè)論文研究更加深入。

同質(zhì)分組學(xué)習(xí)有利于提早培養(yǎng)學(xué)生的研究意識，對于提高學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力大有幫助。

五、以上改革實踐取得的效果及后續(xù)改進方向

上述的教改措施實施了兩年，取得了較好的效果，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.同質(zhì)組與異質(zhì)組相結(jié)合的教學(xué)組織形式，較好地化“被動學(xué)習(xí)”為“主動學(xué)習(xí)”。由于在考評中強調(diào)了課前預(yù)習(xí)和課堂上的參與討論，促使學(xué)生由被動地接受知識變?yōu)橹鲃荧@取知識，隨著教師不斷指引和有針對性的鼓勵，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.從教學(xué)內(nèi)容安排和教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計上，加大了理論方法在地球物理數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用比例。通過教師精心設(shè)計課外應(yīng)用型實驗，指導(dǎo)學(xué)生如何獲取實測數(shù)據(jù)，如何應(yīng)用所學(xué)方法對數(shù)據(jù)進行分析及處理，使學(xué)生了解所學(xué)知識在行業(yè)中的巨大應(yīng)用價值，使學(xué)生感受到專業(yè)基礎(chǔ)課程的重要性。除了增加應(yīng)用型實驗之外，在教學(xué)實踐中設(shè)法將實際應(yīng)用貫穿在教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)。每一個教學(xué)專題內(nèi)容基本都是以理論方法的實際應(yīng)用作為開端，教師首先把實測數(shù)據(jù)的時間域正常波形和異常波形以課前預(yù)習(xí)資料形式呈現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生課前查閱資料，了解數(shù)據(jù)的采集方法和物理意義，同時把實際工作中分析正常數(shù)據(jù)時間域波形特征和頻譜特征以及時頻域特征的方法及結(jié)果呈現(xiàn)給學(xué)生，然后教師提出假設(shè)情景，通過設(shè)問（如果你來做數(shù)據(jù)分析工作，那么你需要了解哪些方法原理？），可以充分調(diào)動起學(xué)生的思維和想象力，再通過課前小組討論，總結(jié)出知識點，然后小組預(yù)習(xí)多媒體教學(xué)資料，并思考解答教師給出的幾個問題，最后把不理解的地方總結(jié)凝練為問題。在課上，教師設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)專門解決這些問題。專題教學(xué)進行到這里，學(xué)生基本掌握了理論方法原理，接下來就是實踐環(huán)節(jié)，在實踐環(huán)節(jié)中的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，需要學(xué)生認真閱讀實驗資料，把方法原理用程序加以實現(xiàn)，然后設(shè)計理論信號對其進行驗證，在這個過程中一般會遇到程序不能運行的麻煩，這時候就需要小組協(xié)力解決，如果仍然不能加以解決，可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺，與教師進行實時溝通交流，直到程序可以運行。

3.分組教學(xué)形式使學(xué)生的團隊合作能力和科研能力得到鍛煉。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生小組通過查找閱讀文獻，總結(jié)歸納研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，為其今后從事科學(xué)研究或?qū)⒖茖W(xué)成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。

4.教師教科研能力的提高使科研成果轉(zhuǎn)化為課程資源方面得到改善。為了真正把學(xué)生吸引到課程學(xué)習(xí)中，教師積極建設(shè)校級課程資源平臺，積極將研究成果融入滲透到教學(xué)中，使得大學(xué)課堂教學(xué)生命力永不枯竭。

通過教改措施，基本實現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高，拓展了理論知識的應(yīng)用背景，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)研究能力，同時仍然存在一些問題和不足，需要后續(xù)繼續(xù)努力改進，具體如下：

1.受大學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)“教師是表演者，學(xué)生是觀眾”的影響，在課程開始階段，學(xué)生的課前預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)和課上參與討論不是很積極，需要教師在實踐教學(xué)過程中不斷調(diào)整課前預(yù)習(xí)資料內(nèi)容，以適應(yīng)本校學(xué)生的實際情況。

2.大約只有30%的學(xué)生在課程結(jié)束前參與了選做帶有專業(yè)色彩問題的開放實驗，而大部分學(xué)生認為他們的課外時間不是很多，關(guān)于這方面的問題，需要進一步研究。

3.異質(zhì)小組合作學(xué)習(xí)過程中，總有一小部分學(xué)生，由于缺乏自控能力等原因，不能積極參與到課前預(yù)習(xí)和課上討論中，進而得不到有效訓(xùn)練，這方面的問題仍需要進一步探索。

參考文獻：

[1]喜多村和之.論大學(xué)教學(xué)[M].檀梅，譯.高等教育研究，1985，（2）.

[2]Carl R Rogers.The Freedom to Learn Columbus[M].Ohio Charles E Merill Publishing Company.1969：147-160.

[3]夸美紐斯.大教學(xué)論[M].傅任敢，譯.北京：人民教育出版社，1979：137.

[4]蔣滿秀，鐘世安.論大學(xué)教學(xué)組織形式的發(fā)展趨勢[J].高等教育研究，2004，12（4）：24-26.

[5]李秉德.教學(xué)論[M].北京：人民教育出版社，1991：227.

[6]黃福濤.外國教育史[M].上海：上海教育出版社，2003：68.

[7]南京師范大學(xué)教學(xué)系.教育學(xué)[M].北京：人民教育出版社，1984：469.

[8]賀國慶.德國和美國大學(xué)發(fā)達史[M].北京：人民教育出版社，1988：58.

[9]R·M·托馬斯.個體與集體[A]//國際教學(xué)與教師培訓(xùn)百科全書[M].英國培格曼出版公司，1987：191.

[10]毛景煥.試論20世紀教育領(lǐng)域中認識論的變革[J].外國教育研究，2003，30（1）：9-13.

[11]教育大辭典（第6卷）[S].上海教育出版社，1992：439.

[12]張季萍.當代國外教學(xué)組織形式的改革和發(fā)展趨勢[J].國外教育研究，1989，（2）：30-34.

[13]葛錦文.班內(nèi)分組教學(xué)的特點、模式和操作技術(shù)研究[J].上海教育科研，1994，（1）：12-15.

[14]黃雪錦，向勁松.談高校課堂上的分組教學(xué)[J].中國教育技術(shù)裝備，2016，8（16）：78-80.endprint